Efecto de la estructura de perlas de hidrogel compuestas por biopolímeros y aceite de ajonjolí en su capacidad de adsorción de humedad

Abstract

El presente trabajo tuvo como finalidad analizar el efecto que tiene la estructura física de perlas de hidrogel obtenidas mediante la técnica de gelación iónica conformada con biopolímeros, alginato de sodio y mucílago de nopal, como agentes encapsulantes, y aceite de ajonjolí como material encapsulado, en la capacidad de adsorción de humedad. Se obtuvieron dos sistemas de encapsulados, el primero empleó alginato de sodio (AS) como único agente encapsulante y el segundo una mezcla de alginato de sodio con mucílago de nopal (MN) para encapsular el aceite de sésamo. Se formularon dos dispersiones con los biopolímeros en una proporción 1:0 AS-MN (AS puro) y la segunda dispersión con una mezcla de AS-MN en una relación 1:2 en peso. Las isotermas de adsorción fueron determinadas experimentalmente a 25, 35 y 45 °C, en un intervalo de actividad acuosa aw comprendido entre 0.105 y 0.846, y los datos obtenidos se ajustaron satisfactoriamente al modelo de GAB, mediante un análisis de regresión no lineal, obteniendo un módulo de desviación relativa media menor al 5%. Posteriormente, se evaluaron las propiedades termodinámicas diferenciales (entalpía, entropía y energía libre de Gibbs), las propiedades de adsorción de los hidrogeles y los resultados se relacionaron con su morfología. Se encontró que las isotermas de adsorción de vapor de agua son sigmoideas de tipo II. Por otra parte, las perlas de hidrogel con la mezcla biopolimérica presentó valores más altos de contenido de humedad en el equilibrio en comparación de los hidrogeles de alginato de sodio puro, lo cual se atribuyó a las propiedades estructurales de la mezcla, pues el mucílago de nopal posee más sitios polares, ocasionando una mayor captación de la humedad. La entalpía diferencial dependía grandemente del contenido de humedad y se observó que la energía necesaria para la adsorción incrementó a bajos contenidos de humedad. Respecto a la entropía diferencial, se pudo afirmar que cuando la entropía disminuye y el contenido de humedad de equilibrio es bajo, el número de sitios activos es alto, por lo que se requiere menor energía para que las moléculas de agua se adsorban en la monocapa del hidrogel. Caso contrario, cuando se incrementa el contenido de humedad, se requiere de mayor energía para enlazar las moléculas de agua en las multicapas del sólido. Los resultados evidenciaron que los hidrogeles producidos únicamente con AS presentan morfologías más esféricas, con texturas más suaves y con mayor porosidad en comparación con las perlas de hidrogel de la mezcla AS-MN. Estas características estructurales favorecieron para que estos sistemas encapsulantes tuvieran mayor estabilidad física, es decir, menor exposición a fenómenos deteriorativos como reacciones microbiológicas, cambios de color y morfológicos, ya que el contenido de humedad en la monocapa fue menor que los de la mezcla AS-MN, atribuidos a la mayor capacidad de adsorción de humedad que tiene el mucílago de nopal debido a sus propiedades hidrófilas.